آینده ی بی سوادی: فرصت ها و چالش ها

کمبود آب شیرین یکی از چالش های جهانی در قرن 21 است. تغییرات آب و هوا، رشد جمعیت و تقاضای صنعتی منابع آب معمولی مانند رودخانه ها، دریاچه ها و تردید در مورد موانع آب زیست محیطی - روند حذف نمک و مواد معدنی از آب دریا یا آب جوش - یک منبع تقریبا نامحدود از آب های آب های تازه در طول دهه های گذشته است، با این حال، کاهش سرعت بیش از 200.000 متر مکعب آب، و مواد معدنی بیشتر از حد است.

فرصت های تکنولوژی Desalination

نوآوری تکنولوژیکی از یک راه حل نهایی به یک گزینه کارآمد تر، تمیز کننده و متنوع آب است.پیشرفت در علوم غشایی، ادغام انرژی و طراحی فرآیند کاهش هزینه ها و کاهش ردپای زیست محیطی، باز کردن درب به پذیرش گسترده تر در مناطق که قبلا نمی تواند هزینه و یا حفظ مالی را کاهش دهد.

پیشرفت در تکنولوژی های حرارتی

اسمز معکوس (RO) همچنان تکنولوژی غالب نمک زدایی است، اما تقاضای انرژی آن به لطف غشای نسل بعدی کاهش می یابد. غشای کامپوزیت نازک فیلم با بهبود قابلیت بهره وری و مقاومت در برابر انرژی طولانی معرفی شده است، و محققان در حال حاضر در حال توسعه غشای مبتنی بر گرافن هستند که می تواند نمک را در نرخ های بالاتر فیلتر کند در حالی که فشار کمتر در سال 2023، دانشمندان (Facht) در طول چند بار مصرف آب ثابت کرد.

اسمز جلو (FO) یک تکنیک نوظهور دیگر است که از یک راه حل رسم برای کشیدن آب در یک غشای نیمه قابل استفاده استفاده می کند، نیاز به فشار هیدرولیک کمتری نسبت به RO.در حالی که FO به لحاظ تاریخی با نیاز به بازسازی راه حل قرعه کشی محدود شده است، سیستم های هیبریدی اخیر چهار-RO نشان می دهد وعده تجاری برای برنامه های طاقچه مانند غلظت brine و درمان صنعتی است که از گرادیان استفاده می کند فشار کوچک، همچنین برای جلوگیری از فشار خورشیدی است.

ادغام انرژی های تجدید پذیر

تقاضای انرژی بالا از نمک زدایی از لحاظ تاریخی آن را به سوخت های فسیلی گره زده است، که شامل 5 تا 5 درصد از مصرف انرژی جهانی در تصفیه آب است. یکپارچه سازی انرژی تجدید پذیر می تواند این پیوند را بشکند. فتوولتائیک خورشیدی (PV) و انرژی باد اکنون با نیروگاه های ROLT، به ویژه در خاورمیانه و شمال آفریقا، که در آن نور خورشید فراوان با کمبود آب در عربستان سعودی هماهنگ می شود، تولید انرژی خورشیدی به طور مشابه استفاده از نیروگاه های پایدار است.

سیستم های هیبریدی که ترکیب حرارتی خورشیدی با تقطیر غشایی یا باد با RO را ترکیب می کنند، رایج تر می شوند.این پیکربندی ها وابستگی به برق شبکه و گازهای گلخانه ای پایین را کاهش می دهند، با کاهش هزینه های ذخیره سازی باتری، در حال حاضر امکان اجرای نیروگاه های نمک زدایی در انرژی های تجدید پذیر متناوب با ذخیره انرژی برای زمان شب یا دوره های کم است.

بازیابی انرژی و کارایی

مصرف انرژی در گیاهان RO از سال 1970 تاکنون بیش از 75٪ کاهش یافته است، عمدتا به دلیل دستگاه های بازیابی انرژی، مبدل های فشار، مانند کسانی که توسط شرکت بازیابی انرژی (FLT:0) توسعه یافته اند.[۱۰] ، فشار را از جریان Brine گرفته و انتقال آن به آب غذایی ورودی، کاهش کل انرژی به کمتر از 3 کیلووات ساعت مکعب برای بهبود های مدرن انرژی در حال کاهش بهره وری پایین، و ادامه بهره وری پایین تر از آب دریا.

در حال ظهور فرآیندهای کم انرژی، مانند جداسازی خازن و برگشت الکترولیز، برای نمک زدایی آب بی نظیر بهینه شده اند، که در آن محتوای نمک پایین تر از سطح انرژی به طور قابل توجهی پایین تر است (به عنوان کم 0.5 کیلووات ساعت / m) و ایده آل برای bralandckish یک فرایند تطبیق با کیفیت آب، می تواند به حداکثر رساندن منابع و اپراتورهای کیفیت آب، به حداقل برساند.

Small-Scale و راه حل های قابل حمل

decentralized desalination دسترسی به آب تمیز در مناطق دور افتاده و فاجعه زده است.واحدهای قابل حمل که از انرژی خورشیدی یا پمپ های دستی استفاده می کنند، اکنون از سازمان هایی مانند - givePower در دسترس هستند که سیستم های RO داخلی را در آفریقای روستایی و آسیا مستقر می کنند.این واحدها می توانند 75000 لیتر در هر روز تولید کنند تا چندین دستگاه امنیتی کوچک در همین حال توسعه باشند.

استفاده از Brine و Zero Liquid

یکی از امیدوار کننده ترین فرصت ها در درمان محصول نمک زدایی است (برین) - به عنوان یک منبع به جای زباله، Brine غنی از منیزیم، پتاسیم، لیتیوم و عناصر کمیاب زمین است که شرکت ها در حال توسعه فرآیندهای استخراج این مواد معدنی هستند، دفع ادرار به یک جریان درآمد. Zero تخلیه مایع (ZLD) که تمام آب و جامد را از ایجاد نیروگاه های اقتصادی بزرگ، به ویژه هنگامی که بانک های تجدید پذیر شده اند، بهبود می دهد.

چالش های مواجهه با Desalination

علی رغم پیشرفت های تکنولوژیکی، نمک زدایی هنوز با موانعی قدرتمند مواجه است که مانع گسترش جهانی آن می شود، نگرانی های زیست محیطی، هزینه های بالا و موانع نظارتی باید برای صنعت مورد توجه قرار گیرد تا پتانسیل کامل آن را درک کند.

اثرات زیست محیطی

مهم ترین چالش زیست محیطی دفع آب شیرین است برای هر متر مکعب آب شیرین تولید شده است، تقریبا 1.5 متر مکعب از brine می تواند در کف دریا، این brine به طور معمول دو بار به عنوان شور به عنوان نمک به عنوان آب دریا و ممکن است حاوی مواد شیمیایی باقی مانده از قبل از درمان و تمیز کردن است: Dense brine لوله های می تواند در طبقه دریا، مادر خم شدن و تغییر میزان تولید شیب دار در کل محیط زیست تخمین زده شده است.

مصرف اقیانوس باز نیز با برنامه های آموزشی، larvae ماهی و ارگانیسم های بزرگسال آسیب می رساند. Screens و Speed caps کاهش می یابد، اما این زیان ها را از بین نمی برد. مصرف زیر سطح (به عنوان مثال، چاه های ساحل) می توانند باعث کاهش جذب شوند اما گیاهان وابسته به سایت هستند. Desalination باید در طرح های پیشرفته مصرف، سیستم های پخش کننده برای بهینه سازی نظارت بر محیط زیست و جلوگیری از توزیع سرعت و واکنش به سیستم های متغیر، پردازش و توزیع، پردازش های آسیب پذیری.

مصرف انرژی بالا و کربن فوت

حتی با بهبود انرژی، RO نیاز به ۳-۵ کیلووات ساعت در هر متر مکعب دارد، و آن را به عنوان انرژی فشرده ترین گزینه تصفیه آب، هنگامی که توسط برق مبتنی بر سوخت فسیلی، گیاهان نمک زدایی به طور قابل توجهی CO2 را منتشر می کنند، تولید یک کارخانه بزرگ تولید ۵۰۰ هزار متر / ۳ روز می تواند ۱ میلیون تن CO2 را در سال منتشر کند، در حالی که ادغام تجدید پذیر می تواند این کاهش دهد، اکثر گیاهان موجود متصل به شبکه و مواد طبیعی زغال سنگ تنها نیاز به کاهش می باشد.

موانع اقتصادی

آب آشامیدنی در مقایسه با منابع آب شیرین معمولی گران است.هزینه سرمایه برای یک کارخانه بزرگ آب دریا به طور معمول از 0.5 تا 1.5 میلیون دلار در هر 1000 متر / روز ظرفیت و هزینه های عملیاتی (از جمله انرژی، مواد شیمیایی، کار و جایگزینی غشای) اضافه کردن $50 به $ 1.50 در هر متر مکعب، در بسیاری از کشورهای در حال توسعه، این هزینه ها تامین مالی مالی مالی مالی مالی پروژه ها اغلب نیاز به بی ثباتی دولتی، و یا کاهش مشارکت های خصوصی، و یا کاهش نرخ مبادلات خصوصی دارند.

با این حال، هزینه ها کاهش یافته است: انجمن بین المللی Desalination (IDA) گزارش می دهد که میانگین هزینه RO آب دریا از سال ۲۰۰۰ به حدود ۶۰ درصد کاهش یافته است، به حدود ۰.۵۰ دلار ۰.۸۰/m3 برای گیاهان بزرگ باقی مانده نوآوری در مواد، اتوماسیون و بهره وری انرژی احتمالا هزینه های پایین تر را فشار می دهد، اما پر کردن شکاف در مناطق فقیر باقی مانده است.

مسائل مربوط به تنظیم و ادراک عمومی

اجازه دادن به گیاهان نمک زدایی می تواند سالها طول بکشد، عمدتا به دلیل ارزیابی اثرات زیست محیطی، شنوایی عمومی و اختلافات نشستن. مخالفت جامعه اغلب در ترس از آسیب دریایی، سر و صدا و نور بصری در کالیفرنیا، چندین پیشنهاد شده گیاهان نمک زدایی با چالش های قانونی مواجه شده اند و ارتباطات شفاف، برنامه های قوی محیط زیست، کاهش قوی و تعامل ذینفعان ضروری است برای به دست آوردن مجوز تنظیم کننده های زیست محیطی در حالی که نیاز به تعادل آب دارند.

زیرساخت و ادغام

گیاهان پر از آب نیاز به زیرساخت های قابل توجهی دارند: مصرف و خروج از خط لوله، پمپ های ذخیره سازی، و اتصالات به شبکه های توزیع آب.در بسیاری از مناطق آب-بار، شبکه های موجود قدیمی یا کم اندازه هستند، نیاز به ارتقاء گران قیمت آب، ادغام بدون کاهش یکی از منابع آب دیگر (آب، ضبط طوفان) نیاز به برنامه ریزی پیشرفته و سرمایه گذاری در سیستم های انتقال دقیق بدون ترکیب آب، تنها می تواند به عنوان کاهش هزینه های توزیع آب دیگر.

مسیر پیش رو: نوآوری ها و سیاست ها

درک آینده از شریخت بستگی به ترکیبی از تحقیقات مداوم، سیاست های هوشمند و استراتژی های مدیریت آب یکپارچه دارد. دهه آینده احتمالا پیشرفت هایی را مشاهده می کند که به چالش های بزرگ در حالی که بهترین شیوه ها را اندازه گیری می کنند، می پردازد.

راهنمایی های تحقیقاتی

فناوری نانو و زیستmimetics در خط مقدم تحقیقات غشایی هستند. Aquaporin-based غشایی که توسط پروتئین های کانال طبیعی الهام گرفته شده اند – انتخاب استثنایی و بهره وری استثنایی را انتخاب می کنند. غشای نمونه ای نشان داده اند که میزان رد نمک بالاتر از 99.5% با مصرف انرژی زیر 2 کیلووات ساعت / m3 در همین حال، محققان در FLT:0 [F] فرایند تصفیه آب گرمایی، این وعده های حرارتی را با استفاده از زباله های واقعی تر از وعده های حرارتی، ترکیب کرده اند.

منطقه امیدوار کننده دیگر، است که از برق برای حذف یون بدون فشار بالا استفاده می کند، کاهش ظرفیت (CDI) و نمک زدایی از سبک باتری به عنوان مثال برای آب های بی پروا توسعه یافته و در نهایت می تواند به آب دریا برسد. این سیستم ها در فشار محیط کار می کنند، کاهش پیچیدگی مکانیکی و امکان جمع آوری، طرح های ماژولار، اگر بهره وری انرژی همچنان به بهبود، روش های الکتروشیمیایی یا حتی می تواند جایگزین برنامه های خاص RO شود.

سیاست و سرمایه گذاری

دولت ها می توانند گسترش معافیت از مالی را از طریق سیاست های هدفمند تسریع کنند. تعرفه های خوراک برای معافیت های تجدید پذیر، اعتبارات مالیاتی برای بهبود انرژی، و مجوز ساده برای گیاهان که از بهترین فن آوری های موجود استفاده می کنند، همه ابزار موثر هستند. بانک جهانی و بانک های توسعه منطقه ای پروژه های نمک زدایی در خاورمیانه، شمال آفریقا و آسیا را تامین می کنند، اغلب برای حفاظت از استانداردهای عملکرد خصوصی و توسعه سیستم های خصوصی می توانند منابع آب را به اشتراک بگذارند.

مدیریت آب یکپارچه

Desalination نباید در انزوا مشاهده شود، بیشتر شهرهای امن آب، نمک زدایی را به عنوان یک جزء از یک نمونه کارها متنوع که شامل حفاظت از آب، کاهش نشت، برداشت آب باران و استفاده از آب آشامیدنی است، به عنوان مثال، ترکیب درمان غشای پیشرفته فاضلاب با نمک زدایی و مدیریت مخزن برای دستیابی به برنامه ریزی خود آب یکپارچه، تنها به عنوان مثال کاهش کیفیت آب آشامیدنی بالا، به عنوان مثال، اجازه می دهد.

نتیجه گیری: آب برای آینده

Desalination از یک تکنولوژی طاقچه به یک منبع اصلی آب برای میلیون ها نفر تکامل یافته است.فرصت های پیش رو - با توجه به غشای پیشرفته، انرژی تجدید پذیر و مدیریت کپسول دایره ای - بسیار زیاد است، با این حال چالش های تاثیر زیست محیطی، هزینه های بالا و موانع نظارتی به همان اندازه واقعی هستند.

آینده ی نمک زدایی صرفاً در مورد ساخت گیاهان بیشتر نیست؛ بلکه در مورد ساخت سیستم های آب هوشمند تر، تمیزتر و عادلانه تر است.با ترکیب درست نوآوری و حکومت، نمک زدایی می تواند به تامین آب شیرین برای نسل ها کمک کند تا بدون به خطر انداختن سلامت اقیانوس ها یا ثبات آب و هوا ما، سالم باشند.